JP2002503787A - 回転機械における回転失速及びサージを診断し且つ制御する方法及びその装置 - Google Patents

回転機械における回転失速及びサージを診断し且つ制御する方法及びその装置

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JP2002503787A
JP2002503787A JP2000532233A JP2000532233A JP2002503787A JP 2002503787 A JP2002503787 A JP 2002503787A JP 2000532233 A JP2000532233 A JP 2000532233A JP 2000532233 A JP2000532233 A JP 2000532233A JP 2002503787 A JP2002503787 A JP 2002503787A
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ベントリー，ドナルド・イー
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ベントリー・ネバダ・コーポレーション
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    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
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Abstract

(57)【要約】 機械が比較ステップにより表わされた不安定化状態に接近するに伴い、軸の動的歳差運動を監視することにより、回転機械２０における回転失速及びサージを診断し且つ修正する方法及びその装置が提供される。また、機械の動的な軸方向振動を監視し且つその振動を標準と比較し、機械が不安定な状態に接近するに伴い、軸方向振動を変更すべく軸方向振動を監視する手段２６も提供される。更に、本発明は、機械の複雑な動剛さを測定し、直接的な動剛さ成分及び直角位相の動剛さ成分の減少を監視することにより、不安定さの警報装置として使用すべく直接的な動剛さ及び直角位相の動剛さを計算する。回転失速及び／又はサージを変更する一つの実施の形態は、制御された能動的サーボベアリング４０である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、全体として、コンプレッサ又はポンプのような、回転するステージ
を有する機械、より具体的には、回転失速（ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｔａｌｌ）及
びサージ（ｓｕｒｇｅ）として公知の作動上の異常が生ずる機械、及びロータの
動的観点からかかる失速及びサージの異常を診断し且つその発生を制御する方法
及び装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
回転失速及びサージは、複数の理由のため、コンプレッサのような回転機械に
おける危険な損傷を引き起こす可能性のある重大な機械の現象である。第一に、
流れ管の劣化に起因するロータの振動は、ステージ（ｓｔａｇｅｓ）の間のラビ
リンスを損傷する可能性がある。更に、流れが逆になると、インペラ羽根の入口
における連続的な温度上昇（これに対応して、吐出しヘッド能力の低下）を生じ
させ、その結果、サージサイクルが生ずる可能性がある。また、コンプレッサの
吸込み端及び吐出し端の間の圧力変動は、軸方向スラスト力を急激に変化させ、
これにより、スラストベアリングを損傷させる虞れがある。更に、急激な荷重及
び速度の変化が生じ、これにより、インペラ、その他のコンプレッサ及び駆動装
置の内部構成要素に有害な影響を与える可能性がある。
【０００３】 従来、回転失速及びサージは、空気力学上の問題であるとみなされおり、空気
力学的に、回転失速及びサージが広く研究されてきた。この研究の結果、局部的
失速、ステージの失速、失速領域、サージ及び回転失速について業界の一般的な
定義は次のようになった。局部的失速とは、インペラ又はディフューザの何れか
における流れの分離又は逆流となることをいう。ステージ失速とは、一連の遠心
型インペラの１つ（及び関係した吸込み及び吐出し側の静止構成要素）がその断
面流動領域の一部にて逆流する程度にまで局部的失速が増加する時をいう。全体
的な流れは依然として、前方の加圧方向に向かう。失速領域とは、流れの摂動を
生じ、また、遠心型コンプレッサにおける失速の徴候を明確に示す、インペラ又
はディフューザの任意の断面領域をいう。サージとは、定期的な流れの動揺及び
圧力の変動を指す。これらの動揺が流れの逆流を含むならば、それは顕著なサー
ジを意味する。ガスの流量は、連続的な案内ベーンの間の空間を充填するのに十
分ではない。サージは、軸方向に伝播する。伝播失速とも称される回転失速は、
幾つかのブレード及び通路を覆う大きい失速領域から成っている。回転失速はロ
ータ速度の何分の一かにて周方向に伝播する。失速領域の数及び伝播速度は大幅
に相違する。
【０００４】 従来、回転失速及びサージ現象に対する解決策は、コンプレッサ内の圧力の流
れを監視し且つ弁を介して吐出し圧力量（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒａｔｅ）及び／
又は吸込み圧力量を変更することにより、調整することであった。更に、圧力及
び温度を監視することは、失速を検出するための指標として使用されている。更
に、幾何学的に変更したブレード及びベーン及び自由に回転するロータの形態に
て、機械的な構造体をコンプレッサに追加している。このため、回転失速の現象
が空気力学的に広く研究されてはいるが、ロータがこの現象を動的に暗示するこ
とについて殆ど関心が向けられていない。このため、振動の診断及びロータの動
的観点から遠心型コンプレッサの回転失速を一層良く理解する必要性が存する。
更に、単に回転失速及びサージ状態の空気力学的結果に相互作用するものではな
く、 振動の診断及びこの問題点に対するロータの動的な解決策を可能とする、装
置及び方法が必要とされている。
【０００５】 次の従来技術は、関連する従来技術を開示するという出願人の通常の義務を果
たすため、当該出願人が知り且つ本明細書に含めた技術の現状を現わすものであ
る。しかしながら、これらを全ての考えられる組み合わせにて検討したとき、参
考例の何れも単独で以下により詳細に開示し且つ特に特許請求の範囲に含めた、
本発明の構成を教示し又は明らかにするものはない。特許番号 発行日 発明者名 ４，１９６，４７２号 １９８０年４月１日 ルードウィヒ及びその他の者 （Ｌｕｄｗｉｇ，ｅｔ ａｌ） Ｒｅ．３４，３８８号 １９９３年９月２８日 ドゥビン及びその他の者 （Ｄｕｂｉｎ，ｅｔ ａｌ） ５，２９７，９３０号 １９９４年３月２９日 ムーア （Ｍｏｏｒｅ） ５，３１０，３０９号 １９９４年５月１０日 テラサキ及びその他の者 （Ｔｅｒａｓａｋｉ，ｅｔ ａｌ）
５，４３７，５３９号 １９９５年８月１日 ギスリング及びその他の者 （Ｇｙｓｌｉｎｇ，ｅｔ ａｌ）
５，５０８，９４３号 １９９６年４月１６日 バットソン及びその他の者 （Ｂａｔｓｏｎ，ｅｔ ａｌ）
【０００６】
【発明の開示】
本発明は、多数の点にて公知の従来技術に優る特徴を備えるものである。本発
明が公知の従来の技術に優る最も顕著な相違点は、本発明が振動の診断及びロー
タの動的観点から回転機械における回転失速及びサージを取り扱うという点であ
る。より具体的には、本発明は、回転失速及びサージとして公知の作動上の異常
について機械の振動を監視し且つかかる失速及びサージの異常の発生を予見し且
つ制御する能動的装置である。かかる回転失速及びサージの異常の発生は、機械
が損傷する前に、この能動的介入の結果として回避される。
【０００７】 一つの好ましい実施の形態において、本発明は、回転機械及び処理手段に作用
可能に接続された直角の渦電流変位変換器を少なくとも一対、採用する。変換器
は、機械の回転軸の動的な横方向への未処理の機械振動を感知し、処理手段に対
し電気信号を出力する。処理手段は、その電気信号を例えば、軌道プロットに変
換してロータの振動の特徴を決定する。次に、この特徴を標準又は典型値と比較
し、機械が比較ステップにより表された失速状態に接近するに伴い、軸の歳差運
動（ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）を変化させる。軸の歳差運動は、回転する軸と協働
するように、流体をベアリングポートを通じて噴射して流体力を導入することに
より変更することが好ましい。
【０００８】 更に、例えば、機械のスラストカラーの軸方向振動を測定するため少なくとも
１つの渦電流変位変換器を機械及び処理手段に作用可能に接続することができる
。次に、この測定値を標準又は典型値と比較し、機械が比較ステップにより表示
された回転失速又はサージ状態に接近するに伴い、軸の軸方向撓みを変更するこ
とができる。
【０００９】 更に、本発明は、直接的な動剛さ成分と直角位相（ｑｕａｄｒａｐｔｕｒｅ）
の動剛さ成分とを含む、機械の複雑な動剛さを決定する方法及び装置を提供する
ものである。次に、失速の警報装置として、また、ロータの動的な不安定化効果
を診断し且つ修正すべく、これらの成分を使用することができる。具体的には、
直接的な動剛さ成分を監視し且つ回転失速に相関可能な標準又は典型値と比較す
ることができる。例えば、回転失速を示す降下について、直角位相の動剛さ成分
を監視することができる。更に、直接的な剛さ成分及び直角位相の動剛さ成分は
、失速及びサージ状態に起因する不安定化効果を診断すべくその双方の成分の零
交差が一致するかどうかについて監視することができる。
【００１０】
【産業上の利用可能性】
本発明の産業上の利用可能性は、本発明の以下の目的の説明から認識されよう
。
【００１１】 従って、本発明の主目的は、回転機械における回転失速及びサージ効果を診断
し且つ修正する新規且つ有用な方法及び装置を提供することである。 本発明の更なる目的は、回転失速の前兆を発生させるため機械の直接的な動剛
さ成分を決定する、上述した特徴の方法及び装置を提供することである。
【００１２】 本発明の別の目的は、回転失速及びサージの前兆を発生させるため機械の複雑
な動剛さを決定する、上述した特徴の方法及び装置を提供することである。 本発明の更に別の目的は、回転失速を制御するため振動監視手段からの信号を
使用する、上述した特徴の方法及び装置を提供することである。
【００１３】 本発明の更に別の目的は、サージを制御するため振動監視手段からの信号を使
用する、上述した特徴の方法及び装置を提供することである。 本発明の更に別の目的は、振動を直ちに抑制してロータ及び／又はシール装置
を損傷しないように保護するため振動監視手段からの信号を使用する、上述した
特徴の方法及び装置を提供することである。
【００１４】 本発明の更に別の目的は、特に、コンプレッサの軸の機械振動（軸の撓み）を
監視し且つその監視した信号を採用して、機械が失速又は不安定化状態に接近す
るに伴い、軸の撓みを変更すべく機械的動作を提供することにより、急速に作動
する制御装置を提供することである。
【００１５】 本発明の更なる目的は、コンプレッサの駆動速度又は吸込み／吐出し圧力のよ
うな、回転機械の変動因子の修正動作を提供すべく採用される制御信号を代替的
に又は追加的に供給するため、ロータの動的異常を監視する制御装置を提供する
ことである。
【００１６】 第一の有利な観点から見たとき、本発明の１つの目的は、流体のある処理能力
を有する、ベアリング支持式の回転機械における失速を防止する診断及び修正方
法であって、機械がその周りを回転する軸の撓みを監視するステップと、その撓
みを標準と比較するステップと、機械が比較ステップにより表された失速に接近
するに伴い、軸の撓みを変更するステップとを備える方法を提供することである
。
【００１７】 第二の有利な観点から見たとき、本発明の１つの目的は、失速を防止するため
回転機械を同調させる方法であって、機械の失速の特徴を決定するため機械に失
速を生じさせるステップと、少なくとも失速状態を招来する失速の特徴を記録す
るステップと、その記録した失速の特徴に対して機械を監視するステップと、そ
の後の失速が開始する前に機械のパラメータを修正するステップとを備える方法
を提供することである。
【００１８】 第三の有利な観点から見たとき、本発明の１つの目的は、軸を有する回転機械
と、回転機械に作用可能に接続された監視手段と、機械に作用可能に接続され、
機械のパラメータを変更する手段と、前失速状態を表示するとき、該手段が機械
のパラメータを変更することが可能であるようにするため監視手段と機械のパラ
メータを変更する手段との間に配置された処理手段と、を組み合わせて備える、
失速防止装置を提供することである。
【００１９】 第四の有利な観点から見たとき、本発明の１つの目的は、回転機械における回
転失速を診断し且つ制御する装置であって、軸の歳差運動に相関可能な未処理の
動的な機械の振動信号を感知する手段と、その信号を機械の失速状態の典型値と
比較する手段と、機械が比較ステップにより表された失速状態に接近するに伴い
、軸の歳差運動を変更する手段と、を組み合わせて備える装置を提供することで
ある。
【００２０】 第五の有利な観点から見たとき、本発明の１つの目的は、流体のある処理能力
を有する、ベアリング支持式の回転機械における失速を防止する診断及び修正方
法であって、機械がその周りを回転する軸の撓みを監視するステップと、機械の
直接的な動剛さ成分を計算するステップと、直接的な動剛さ成分の減少の関数と
して軸の撓みを変更するステップとを備える方法を提供することである。
【００２１】 上記及びその他の目的は、添付図面と共に、以下の詳細な説明を参照すること
により明らかになるであろう。
【００２２】
【発明を実施する最良の形態】
色々な図面の全体に亙って同様の部品を同様の参照番号で表示する図面を検討
すると、参照番号１０は本発明による装置及び方法を表示する。
【００２３】 添付図面を参照すると、本発明は、その要旨において、不安定さの警報装置と
して使用し、また、ロータの動的不安定化効果を診断し且つ修正するため、機械
の動剛さを測定し且つ直接的な動剛さ及び／又は直角位相の動剛さを計算するこ
とにより、回転機械における不安定化効果を診断し且つ修正する方法及び装置を
提供するものである。修正動作は診断した異常に相関可能なように採用され、こ
れら動作は、特に、ベアリングの剛さを増すことと、機械Ｍを通る流れを増すこ
とと、吐出し圧力を降下させ及び／又は測定した機械の振動に対抗する応答力を
生じさせる力を付与することとを含む形態とすることができる。
【００２４】 本発明は、回転失速及びサージとして公知の作動上の異常について機械の振動
を監視し、かかる失速及びサージの異常の発生を予見し、制御し且つ抑制する能
動的制御装置２０を含むことが好ましい。該能動的制御装置は、流体力「Ｆ」を
機械Ｍのロータ軸Ｓに付与することができるように流体を流体ベアリングの各々
の入口を通じて流す複数の流体サーボベアリング４０を備えることが好ましい。
サーボベアリング４０は、機械Ｍの内側及び外側の双方にて複数対にて採用する
ことができる。更に、組み合わせ可能なスラスト−ラジアルサーボベアリング５
０を機械Ｍのスラストベアリングに隣接して配置し、流体を半径方向及び軸方向
の双方に向けて、回転失速及びサージをそれぞれ抑制することができる。好まし
い流体サーボベアリング４０、５０の一例としての教示は、その全体を参考とし
て引用し本明細書に含めた、１９９６年１２月４日付けで出願された、回転装置
を支持する静液圧ベアリング、それに関係する流体取り扱い装置、その制御装置
、方法及び装置（Ａ Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｆｏｒ Ｓｕ
ｐｐｏｒｔｉｎｇ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ａ Ｆｌｕｉｄ
Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ
，Ａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，Ｍｅｔｈｏｄ ａ
ｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）という名称の米国特許出願第０８／７５９４１５号
に見ることができる。
【００２５】 制御装置２０は、ロータ軸Ｓと静止流体ベアリングとの間の隙間に達する入口
と、機械のスラストカラーに導き、該カラーの上で相互作用する少なくとも１つ
の入口とを通る流体の流れを制御し得るようにサーボベアリングを操作する制御
信号を提供する。この流体は、回転失速及びサージを能動的に制御し且つ抑制し
つつ、機械の半径方向及び軸方向振動を抑制する。
【００２６】 更に、本発明は、軸の動的な横方向の歳差運動を監視し且つこの歳差運動を標
準値又は典型値と比較することと、機械がこの比較ステップにより表示された失
速状態に接近するに伴い、歳差運動を変更することとにより、回転機械における
空気力学的力の不安定化効果を診断し且つ修正する方法及び装置を提供するもの
である。好ましくは、制御装置２０は、軸方向振動を監視し、次に、その動的軸
方向振動を標準値又は典型値と比較し、機械がその比較ステップにより表示され
た失速又はサージ状態に接近するに伴い、軸方向振動を変更する軸方向監視手段
２６を備える。また、大きい失速の公差を有する機械を設計し得るように機械を
モデル化するため本発明を使用することもできる。
【００２７】 図１、図２及び図７を参照すると、一対の又はモードを特定するのに必要な多
数の直角の渦電流変位変換器２２、２４が軸の横方向への歳差運動を測定すべく
機械Ｍに作用可能に接続されている。変換器の出力は、機械Ｍの軸の振動又はそ
の振動の変化率を連続的に電気的に表示するものである。また、変換器は、軸の
横方向への歳差運動に対し相関可能な振動データを集め、保存し且つ換算すべく
プロセッサ／制御装置３０にも接続されている。
【００２８】 直角変換器に加えて、例えば、機械Ｍの回転軸の上で機械的位相の基準標識を
感知すべく機械的な位相センサ２８が機械Ｍに作用可能に接続されることが好ま
しい。この位相センサは、機械の速度（ＲＰＭ）を決定するために、及び直角変
換器２２、２４の電気信号又は全ての必要な変換器に対して回転する軸の機械的
角度を関係付けるために、使用されることが好ましい。
【００２９】 このため、機械の速度は、機械的な位相センサ２８により監視することができ
、振動数を含む機械の振動は対の直角渦電流変位変換器２２、２４により監視す
ることができる。更に、摂動力を測定すべく力変換器２９をプロセッサ／制御装
置３０に作用可能に接続し且つ機械の少なくとも１つのベアリング４０のハウジ
ングに配置することができる。次に、摂動力の大きさ及び位相を決定して、直接
的な動剛さ（ＤＤＳ）及び直角位相の動剛さ（ＱＤＳ）を含む機械の複雑な動剛
さを計算するのに十分な情報を提供することができる。これと代替的に、摂動力
の大きさ及び位相は経験的データを介して予め設定してもよい。特定の作動速度
に対する複雑な動剛さは、摂動力ベクトル（Ｆ摂動）を応答力ベクトル（Ｒ応答
）で割ることにより求められる。例えば、 Ｆ摂動／Ｒ応答＝Ｋ直接＋ｊＫ直角位相 ＫＱ＝ｊ（ω−λΩ）Ｄ ここで、 ω＝ロータの歳差運動速度 λ＝軸によって回転される流体に起因する流体の平均的周速度比 Ω＝ロータ速度 Ｄ＝減衰係数 ＫＤ＝ＫＴ−ω2ｍ ここで、 ＫＴ＝装置の総ばね剛さ（作動状態における機械的剛さ＋空気力学的剛さ） ω＝ロータの歳差運動速度 ｍ＝装置の質量 より具体的には、直接的な動剛さ（ＤＤＳ）は、入力の力ベクトルに対し同一
線上に作用する動剛さ成分であり、直角位相の動剛さ（ＱＤＳ）は、入力の力ベ
クトルに対し垂直に作用する動剛さ成分である。このように、処理手段３０によ
り直接的な動剛さ及び直角位相の動剛さ成分を計算することができる。こうした
計算した成分は、直接的な動剛さ及び直角位相の動剛さの双方を同時に零変換す
べく監視することにより、ロータの不安定さの警報装置として使用することがで
きる（図２参照）。このように、直接的な動剛さ及び直角位相の動剛さ成分の零
は、零に一致する臨界点すなわち、零が互いに頂部にある点について監視するこ
とができ、その臨界点に達したならば、修正動作を採ることができる。更に、図
１を参照すると、例えば、標準値と比較した直接的な動剛さ成分の減少は失速警
報手段として特に使用され得る。
【００３０】 好ましくは、少なくとも１つの渦電流変位変換器２６が軸の軸方向振動を測定
し得るように機械Ｍにも作用可能に接続されるようにする。この軸方向振動監視
手段は、軸の軸方向振動に相関可能な軸の軸方向データを集め、保存し且つ換算
すべく処理手段又はデータ獲得及び換算装置３０に作用可能に接続される。
【００３１】 図７及び図８を参照すると、対の直角渦電流変位変換器２２、２４からの出力
は、軌道データのプロットが得られるように処理することができる。この軌道プ
ロットは直角変換器の交流電圧（振動信号）を示すから、軸の中心線の経路を表
わす。軌道プロットは、振動の振幅、半径方向予荷重の方向、軸の歳差運動方向
、絶対的及び相対的な位相角度に関する情報を提供する。歳差運動とは、振動の
最高点が最初に通過する変換器Ｘ又はＹを示すことにより、時間を基準にするプ
ロットから決定された歳差運動方向に対する振動動作である。その通常の回転方
向において、軸における任意の点が同一の変換器を最初に通過するならば、その
歳差運動は前進である。そうでないならば、その歳差運動は後退である。このよ
うに、監視した機械の速度及び機械の振動（歳差運動周波数を含む）をその機械
に対する所定の標準と比較することができる。次に、機械が比較ステップで示さ
れた失速に接近するに伴い、軸の歳差運動を変更することができる（図３参照）
。
【００３２】 使用及び作動時、また、図面を参照すると、本発明は、コンプレッサにおける
回転失速に起因する振動を抑制するため、能動的ベアリング又はサーボベアリン
グ４０を採用することができ、また、能動的ベアリングを制御すべく使用した制
御装置の信号からロータ装置の振動状態に関する情報を得ることのできる回転失
速の抑制及び制御装置２０を提供する。この装置は、回転失速に起因する振動を
含む、生じる可能性のある不釣合い及び任意の他の非同期的振動に対する１Ｘ応
答を含むことができる。
【００３３】 能動的に制御するベアリングは、回転失速に起因するロータの振動を直ちに抑
制することができる。これと同時に、プロセッサ／制御装置モジュール３０によ
って制御信号を分析することも可能である。このモジュールは、例えば、低パス
又はバンドパス追跡フィルタを使用して、準同期的制御信号について監視するこ
とができよう。複数の作業を行うためにこのモジュールの出力を使用することが
できよう。例えば、サージ制御弁アクチュエータ３４に信号を送り、このアクチ
ュエータがサージ制御弁３５を開き、これによりコンプレッサの流れを増して、
コンプレッサの作動点を失速状態から離れる点まで動かすことができる。これと
同時に、コンプレッサ内にて準同期的振動が生じつつあることを機械のオペレー
タに警告するため、オペレータの警報器３２に信号を送ってもよい。この型式の
装置は、失速に起因する横方向振動が感知されると、その振動が直ちに抑制され
、これにより、ロータの損傷を防止する点にて、既存の回転失速防止装置に優る
利点を有する。次に、サージ制御弁３４を作動させると、回転失速は解消される
。
【００３４】 更に、コンプレッサの作動を回転失速が生ずる丁度、手前に保ち得るようにサ
ージ弁の位置最適化装置３６を使用して、サージ弁の位置を能動的に制御するこ
とが可能である。このことは、能動的ベアリングの速度と比べて比較的遅い速度
の制御装置により行うことができる。
【００３５】 振動の原因に関する追加の情報を提供するため、動的圧力変換器を使用するこ
とができる。このように、この圧力変換器は、回転失速が生じつつあることを確
認するために使用することができ、次に、制御装置は、必要に応じて機能する、
すなわち情報を提供することができる。このように、振動防止装置からの信号を
使用して、回転失速を制御し且つロータ及び／又はシール装置を損傷しないよう
に保護すべく直ちに振動を抑制することができる。
【００３６】 図１、図７及び図９を参照すると、プロセッサ／制御装置３０は、基準標識２
７及び変換器２２、２４をそれぞれ感知する位相センサ２８を介してＲＰＭ及び
機械の振動を監視することができる。経験的に又は力変換器２９を解して決定さ
れる摂動力と共に、直接的な動剛さ成分ＫＤを決定するためにこの情報を使用す
ることができる。次に、失速に相関的な成分の減少について監視し且つ／又は基
準と比較すべくこの直接的な動剛さ成分を使用することができる。次に、特に、
ベアリングの剛さを増し、機械Ｍを通る流れを増し、吐出し圧力を降下させ且つ
／又は機械の振動に対抗する流体の力をサーボベアリング４０及び／又は組み合
わせ可能なベアリング５０を介して回転軸に付与することにより、修正動作を採
ることができる。
【００３７】 図２、図７及び図９を参照すると、Ｋ直接（ＫＤ）成分及びＫ直角位相の（Ｋ
Ｑ）成分の双方は、上述したように、非直線的なものとして、プロセッサ／制御
装置３０により計算することができる。これらの成分を監視し、また、それらの
成分が臨界的な零点に達したとき、特に、ベアリングを介してＫ直接成分を増す
ことにより修正動作を採ることができる。
【００３８】 図３を参照すると、位相センサ２８及び変換器２２、２４をそれぞれ介してＲ
ＰＭ及び機械の振動（周波数を含む）を監視するためプロセッサ／制御装置３０
を使用することができる。次に、機械が失速状態になりつつあるかどうかを決定
するため、機械の速度（ＲＰＭ）及び振動数を所定の標準と比較し、次に、その
比較の関数として修正動作を採ることができる。この修正動作は、例えば、ＲＰ
Ｍを遅くし、測定した力から１８０°位相外れしたサーボベアリング４０、５０
を介して力を付与する形態とすることができる。
【００３９】 図４を参照すると、機械の速度及び振動（振動数を含む）から圧力パターンを
観察すべくプロセッサ／制御装置３０を採用することができる。次に、これらの
圧力パターンを標準値と比較し、その比較ステップに基づいて、例えば、機械を
通る流れを増すことにより、修正ステップを採ることができる。
【００４０】 これ代替的に、また、図５を参照すると、プロセッサ／制御装置３０は圧力変
換器５２、５４を介して機械の吸込み圧力及び吐出し圧力を監視するようにして
もよい。吸込み対吐出し（吸込み／吐出し）の比は標準値と比較され、且つもし
比が不安定状態、例えばサージと相関的な値に近付くと、例えば吐出し圧力を減
少することによって、修正動作が行われる。
【００４１】 図６を参照すると、機械の速度、振動数を含む振動、吸込み圧力、吐出し圧力
、機械を回転失速及び／又はサージ状態にする程に機械に付与される摂動力を監
視することにより、典型値又は標準を決定することができる。次に、このデータ
をプロセッサ／制御装置３０の記憶装置に記憶させ且つその後に使用される標準
として使用することができる。
【００４２】 更に、上記のように本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱せず、また、
上記に記載し且つ特許請求の範囲に記載したように、本発明の妥当な意味から逸
脱せずに、多くの構造上の改変及び適応が可能であることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明により失速を防止する方法の全体的なブロック図である。
【図２】 本発明により不安定化効果を防止する方法の全体的なブロック図である。
【図３】 本発明により失速を防止する方法の全体的なブロック図である。
【図４】 本発明に従って圧力パターンを監察することにより失速を防止する方法の全体
的なブロック図である。
【図５】 本発明によりサージを防止する方法の全体的なブロック図である。
【図６】 その後に使用するため機械の安定さの余裕を求める方法の全体的なブロック図
である。
【図７】 本発明による装置の概略図である。
【図８】 一対の直角渦電流変位変換器により感知された振動信号及び機械的な位相セン
サにより感知された機械的な位相基準標識の軌道図である。
【図９】 直接的な動剛さ成分及び直角位相の動剛さ成分を表わす動剛さプロットのグラ
フ図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年３月１４日（２００１．３．１４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体のある処理能力を有する、ベアリング支持式の回転機械
    における失速を防止する診断及び修正方法において、 機械が回転する軸の撓みを監視するステップと、 該撓みを標準値と比較するステップと、 機械が比較ステップにより示された失速に接近するに伴い、軸の撓みを変更す
    るステップと、を備える、失速を防止する診断及び修正方法。
  2. 【請求項２】 請求項１の方法において、軸の相対的速度を監視するステッ
    プを更に含む、方法。
  3. 【請求項３】 請求項２の方法において、軸の撓みを監視するステップが、
    その振動数を含む機械の振動を監視することを含む、方法。
  4. 【請求項４】 請求項３の方法において、比較ステップが、機械の直接的な
    動剛さ成分を計算するステップを更に含む、方法。
  5. 【請求項５】 請求項４の方法において、前記直接的な動剛さ成分の減少の
    関数として軸の撓みを変更するステップを更に含む、方法。
  6. 【請求項６】 請求項４の方法において、比較ステップが、機械の直角位相
    の動剛さ成分を計算するステップを更に含む、方法。
  7. 【請求項７】 請求項６の方法において、変更ステップが、動剛さ成分及び
    直角位相の剛さ成分、双方の零交差が一致する関数として軸の撓みを変更するス
    テップを更に含む、方法。
  8. 【請求項８】 請求項１の方法において、変更ステップが、制御信号の命令
    の下、少なくとも１つの弁から機械の回転軸に流体力を向けるステップを更に含
    む、方法。
  9. 【請求項９】 請求項１の方法において、軸の撓みを監視するステップが、
    軸の横方向への歳差運動を監視することを含む、方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９の方法において、軸の横方向への歳差運動を電気
    信号に変換するステップを更に含む、方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１０の方法において、回転機械における不安定化状
    態と相関的な振動の特徴的な周波数を識別すべく前記電気信号を処理するステッ
    プを更に含む、方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１の方法において、変更ステップが、制御信号の
    命令の下、少なくとも１つの弁から機械の回転軸に流体力を向けるステップを更
    に含む、方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１２の方法において、回転機械がコンプレッサであ
    る、方法。
  14. 【請求項１４】 失速を防止すべく回転機械を同調させる方法において、 機械の失速特徴を決定すべく機械内に失速を生じさせるステップと、 少なくとも失速状態に達する失速の特徴を記録するステップと、 記録された失速の特徴に対して機械を監視するステップと、 その後の失速が開始する前に、機械のパラメータを修正するステップとを備え
    る、方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４の方法において、複数の異なる速度について、
    ロータの前方応答成分をフィルタリングして入力摂動力の周波数にすることによ
    り、非同期的な動剛さを計算するステップを更に含む、方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１５の方法において、複数の回転速度について、摂
    動力とフィルタリングしたロータの前方応答成分との比を求めることにより、非
    同期的な動剛さを決定するステップを更に含む、方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１６の方法において、非同期的な動剛さから直接的
    な動剛さを決定するステップを更に含む、方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１６の方法において、非同期的な動剛さから直角位
    相の動剛さを決定するステップを更に含む、方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１７の方法において、直接的な動剛さ成分を失速の
    警報パラメータとして使用するステップを更に含む、方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１８の方法において、直接的な動剛さ成分及び直角
    位相の動剛さ成分の双方を、不安定さの警報パラメータとして使用するステップ
    を更に含む、方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１６の方法において、運転状態及び停止状態におけ
    るコンプレッサの非同期的な動剛さ間の差を決定し、不安定さの警報パラメータ
    として使用すべく空気力学的に発生させた動剛さを表わすステップを更に含む、
    方法。
  22. 【請求項２２】 失速防止装置において、 軸を含む回転機械と、 該回転機械に作用可能に接続された監視手段と、 機械に作用可能に接続された、機械のパラメータを変更する手段と、 予失速状態を表示したとき、前記手段が前記機械のパラメータを変更すること
    を可能にし得るように、前記監視手段と前記機械のパラメータの変更手段との間
    に介在させた処理手段とを組み合わせて備える、失速防止装置。
  23. 【請求項２３】 請求項２２の装置において、前記監視手段が、軸の横方向
    への歳差運動を監視する手段を備える、装置。
  24. 【請求項２４】 請求項２３の装置において、前記軸の横方向への歳差運動
    を監視する手段が、該軸の横方向への歳差運動を測定し得るように機械に作用可
    能に接続された一対の直角渦電流変位変換器を備える、装置。
  25. 【請求項２５】 請求項２４の装置において、前記処理手段が、軸の横方向
    への歳差運動に相関的な振動データを集め、保存し且つ換算し得るように前記対
    の直角渦電流変位変換器に作用可能に接続されたデータ獲得及び換算装置を備え
    る、装置。
  26. 【請求項２６】 請求項２５の装置において、前記監視手段が、軸の軸方向
    振動を監視する手段を更に備える、装置。
  27. 【請求項２７】 請求項２６の装置において、前記軸方向振動の監視手段が
    、前記軸の軸方向振動を測定すべく機械に作用可能に接続された少なくとも１つ
    の渦電流変位変換器を備える、装置。
  28. 【請求項２８】 請求項２７の装置において、前記軸方向振動の監視手段が
    、軸の軸方向振動に相関的な軸の軸方向振動データを集め、保存し且つ換算すべ
    く前記データ獲得及び換算装置に作用可能に接続される、装置。
  29. 【請求項２９】 回転機械における回転失速を診断し且つ制御する装置にお
    いて、 軸の歳差運動に相関的な未処理の動的な機械振動の信号を感知する手段と、 前記信号を機械の失速状態の典型値と比較する手段と、 比較ステップにより表わされたとき機械が失速状態に接近するに伴い、軸の歳
    差運動を変更する手段とを組み合わせて備える、回転失速を診断し且つ制御する
    装置。
  30. 【請求項３０】 流体のある処理能力を有する、ベアリング支持式の回転機
    械における失速を防止する診断及び修正方法において、 機械が回転する軸の撓みを監視するステップと、 該機械の直接的な動剛さ成分を計算するステップと、 前記直接的な動剛さ成分の減少の関数として軸の撓みを変更するステップとを
    含む、失速を防止する診断及び修正方法。
  31. 【請求項３１】 請求項３０の方法において、変更ステップが、軸の撓みを
    変更し、これにより機械の失速状態を防止すべく制御信号の命令の下、少なくと
    も１つの弁から機械の回転軸に流体の力を向けるステップを更に含む、方法。
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